Tinh bột và cellulose SVIP

I. Cấu tạo phân tử 

1. Tinh bột 

Tinh bột là polymer thiên nhiên, gồm amylose và amylopectin. Tinh bột có công thức phân tử là (C₆H₁₀O₅)_n.

Phân tử amylose cấu tạo từ nhiều đơn vị α-glucose liên kết với nhau qua các liên kết α-1,4-glycoside và hình ảnh chuỗi xoắn. 

Phân tử amylopectin có cấu tạo phân nhánh, gồm các chuỗi chứa nhiều đơn vị α-glucose liên kết với nhau qua các liên kết α-1,4-glycoside. Các chuỗi này liên kết với nhau tạo cấu tạo mạch nhánh qua liên kết α-1,6-glycoside.

2. Cellulose 

Cellulose là polymer thiên nhiên (C₆H₁₀O₅)_n. Cấu tạo từ nhiều đơn vị β-glucose qua liên kết β-1,4-glycoside và hình thành chuỗi không nhánh.

II. Tính chất hóa học 

1. Tính chất của tinh bột 

a) Phản ứng thủy phân 

Thí nghiệm: Phản ứng thủy phân tinh bột

Bước 1: Cho khoảng 1 mL dung dịch HCl 1M vào ống nghiệm chứa 5 mL dung dịch hồ tinh bột 1%.

Bước 2: Đặt ống nghiệm vào cốc nước nóng và đun cách thủy trong 10 phút. Sau đó để nguội.

Bước 3: Thêm từ từ NaHCO₃ vào đến khi ngừng sủi bọt khí.

Bước 4: Cho khoảng 2 mL dung dịch thu được vào ống nghiệm chứa Cu(OH)₂.

Bước 5: Đun nóng nhẹ ống nghiệm trên ngọn lửa đèn cồn.

Tinh bột bị thủy phân dưới tác dụng của enzyme hoặc acid. Khi tinh bột bị thủy phân không hoàn toàn tạo thành dextrin, maltose và glucose. Tinh bột bị thủy phân hoàn toàn tạo thành glucose.

\(\left(C_6H_{10}O_5\right)_n+nH_2O\overset{enzyme}{\rightarrow}nC_6H_{12}O_6\left(glucose\right)\)

b) Phản ứng màu với dung dịch iodine 

Thí nghiệm: Phản ứng màu của hồ tinh bột với iodine

Trong tinh bột, các phân tử amylose có dạng xoắn, khi tương tác với iodine tạo ra màu xanh tím. Phản ứng này được dùng để nhận biết tinh bột.

2. Tính chất của cellulose 

a) Phản ứng thủy phân 

Thí nghiệm: Phản ứng thủy phân cellulose trong môi trường acid

Bước 1: Cho một lượng nhỏ bông vào cốc chứa 10 mL dung dịch H₂SO₄ 70% và dùng đũa khuấy đều.

Bước 2: Đặt cốc thủy tinh vào cốc nước nóng và khuấy đến khi tạo thành dung dịch đồng nhất.

Bước 3: Thêm NaHCO₃ đến khi dừng bọt khí. Sau đó thêm tiếp 5 mL dung dịch NaOH 10%.

Bước 4: Cho 5 mL dịch thu được vào ống nghiệm chứa Cu(OH)₂.

Bước 5: Đun nóng ống nghiệm.

Tương tự tinh bột, cellulose bị thủy phân bởi enzyme hoặc acid (HCl hoặc H₂SO₄). Phản ứng thủy phân hoàn toàn tạo thành glucose. 

\(\left(C_6H_{10}O_5\right)_n+nH_2O\overset{enzyme}{\rightarrow}nC_6H_{12}O_6\left(glucose\right)\)

b) Phản ứng với nitric acid

Thí nghiệm: Phản ứng của cellulose với nitric acid 

Bước 1: Cho khoảng 5 mL dung dịch HNO₃ đặc vào ống cốc thủy tinh ngâm trong chậu nước đá. Thêm 10 mL dung dịch H₂SO₄ đặc vào cốc và khuấy đều.

Bước 3: Lấy cốc thủy tinh ra và cho một nhúm bông vào dung dịch.

Bước 4: Ngâm cốc trong cốc nước nóng trong khoảng 10 phút.

Bước 5: Lấy sản phẩm ra khỏi cốc, rửa sạch với nước lạnh và NaHCO₃ loãng. Làm khô sản phẩm và để sản phẩm lên đĩa sứ rồi đốt cháy.

Trong mỗi đơn vị glucose cấu thành phân tử cellulose có ba nhóm hydroxy. Khi đun nóng cellulose với hỗn hợp HNO₃ đặc và H₂SO₄ đặc, tùy theo điều kiện phản ứng mà một, hai hay cả ba nhóm hydroxy này có thể phản ứng với nitric acid tạo thành cellulose nitrate.

\(\left[C_6H_7O_2\left(OH\right)_3\right]_n+3nHONO_2\overset{H_2SO_4,t^o}{\rightarrow}\left[C_6H_7O_2\left(ONO_2\right)_3\right]_n+3nH_2O\)

c) Cellulose phản ứng với nước Schweizer 

Thí nghiệm: Tính tan của cellulose trong nước Schweizer

Bước 1: Thêm khoảng 20 mL dung dịch NaOH 20% vào cốc chứa 50 mL dung dịch CuSO₄, khuấy đều.

Bước 2: Lọc tách kết tủa và thêm khoảng 50 mL dung dịch NH₃ đặc, khuấy đều đến khi kết tủa tan hết.

Bước 3: Thêm một lượng nhỏ bông vào nước Schweizer và khuấy đều.

Cellulose tan được trong nước Schweizer (dung dịch thu được khi hòa tan Cu(OH)₂ trong ammonia).

III. Trạng thái tự nhiên và ứng dụng 

1. Tinh bột 

Tinh bột là chất rắn màu trắng, hầu như không tan trong nước lạnh. Trong nước nóng, tinh bột tan tạo dung dịch keo nhớt, gọi là hồ tinh bột. 

Sự tạo thành tinh bột trong cây xanh:

Trong thực vật, tinh bột có chủ yếu trong củ, quả hay hạt. Sự hình thành tinh bột trong thực vật diễn ra qua nhiều giai đoạn, gồm hai quá trình chính là quá trình quang hợp hình thành glucose và quá trình kết hợp của các đơn vị glucose tạo thành tinh bột. 

Sự chuyển hóa tinh bột trong cơ thể:

Khi con người sử dụng chứa tinh bột, enzyme α-amylase có trong nước bọt thúc đẩy quá trình thủy phân tinh bột thành các phân tử nhỏ hơn gồm maltose và dextrin. Ở ruột non, phần lớn tinh bột bị thủy phân thành glucose và được hấp thụ vào máu và di chuyển đến các tế bào trong khắp cơ thể. Glucose có thể được sử dụng cho nhu cầu năng lượng hoặc có thể được chuyển đổi thành glycogen lưu trữ trong gan và cơ.

Tinh bột là nguồn lương thực chính của con người và một số động vật, đồng thời cũng được dùng nhiều trong công nghiệp thực phẩm. Ngoài ra, tinh bột cũng được sử dụng làm chất kết dính trong công nghiệp giấy và công nghiệp dệt may.

2. Cellulose 

Cellulose là chất rắn, dạng sợi, màu trắng, không tan trong nước ngay cả khi đun nóng, không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường như ether, benzene,...

Cellulose được tổng hợp bởi thực vật, chiếm khoảng 50% khối lượng của gỗ khô và khoảng 90% khối lượng sợi bông. 

Cellulose được sử dụng để làm vật liệu xây dựng (các loại đồ gỗ), sản xuất giấy, sợi tự nhiên và sợi nhân tạo. Cellulose cũng được sử dụng làm nguyên liệu để điều chế ethanol và cellulose trinitrate (dùng chế tạo thuốc súng không khói).

1. Tinh bột và cellulose là những polymer thiên nhiên, có công thức phân tử là (C₆H₁₀O₅)_n. Tinh bột gồm amylose và amylopectin.

2. Tinh bột có phản ứng thủy phân, phản ứng màu với dung dịch iodine.

3. Cellulose có phản ứng thủy phân, phản ứng với HNO₃, tan trong nước Schweizer.

4. Tinh bột là nguồn cung cấp năng lượng và chất dinh dưỡng quan trọng cho con người và một số động vật, nguyên liệu sản xuất glucose, ethanol,... Cellulose được dùng làm vật liệu xây dựng, tơ sợi, giấy,...